Регулятор давления газа

 

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к устройствам для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что регулятор содержит полость высокого давления, верхняя часть которой выполнена в виде цилиндрической расточки, внутри которой размещен чувствительный элемент - золотник, регулирующее устройство давления газа - в виде кольцевой выточки с радиальными каналами на наружной поверхности золотника, по оси которого выполнен канал; полость низкого давления - в виде цилиндра с крышкой и с внутренней цилиндрической перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две полости; верхнюю - полость низкого давления и нижнюю полость; регулирующее устройство давления газа - в виде кольцевой выточки на нижней торцовой поверхности золотника; разгрузочное устройство выполнено в виде поршня с осевым отверстием. Технический результат - повышение надежности, упрощение конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газовым двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к устройствам для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания.

Известен двухступенчатый регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, два последовательно соединенных регулирующих органа, два чувствительных элемента, первая полость каждого из которых соединена с выходом соответствующего регулирующего органа, а вторые полости - с управляющей полостью, регулировочную пружину с винтом, а также подпружиненый клапан и поршень, установленный между регулировочной пружиной и второй полостью второго чувствительного элемента (См. а.с. СССР N 771629/ кл. G 05 D 16/10, 1980).

Однако известный двухступенчатый регулятор давления газа обладает рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что данный регулятор не в состоянии обеспечить автоматическую подачу необходимого количества газа на всех режимах работы двигателя; кроме того, известный регулятор не способен снижать давление до близкого к атмосферному независимо от давления газа в баллоне; и, наконец, обеспечивать прекращение подачи газа при кратковременной остановке двигателя, т.е. не может работать в качестве автоматического запорного устройства, отключающего двигатель от газовой магистрали во время его остановки.

Из известных регуляторов давления газа наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является двухступенчатый автоматический регулятор давления газа диафрагменного типа, содержащий корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления и дозирующее экономайзерное устройство с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами и регулирующие устройства давления газа (См. книгу Е.В.Кленников, О.А.Мартиров и др. Газобаллонные автомобили: техническая эксплуатация. - М.: Транспорт, 1986, с. 34 - 39).

Однако известные двухступенчатые автоматические регуляторы давления газа обладают рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что наличие чувствительных элементов в виде диафрагмы и клапанов высокого и низкого давления, а также систем тяг и рычагов делает конструкцию газового регулятора недостаточно надежной. Кроме того, с точки зрения конструкции, диафрагмы из резины и ткани обладают нестабильной характеристикой и ограниченным ходом, что не обеспечивает требуемой точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в течение продолжительного времени.

Для повышения надежности и упрощения конструкции регулятора давления газа, а также повышения точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в течение продолжительного времени в известном регуляторе давления газа, содержащем корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления и дозирующее экономайзерное устройство с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами, и регулирующее устройство давления газа, полость высокого давления в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки, чувствительный элемент высокого давления выполнен в виде золотника, размещенного в цилиндрической расточке, регулирующее устройство давления газа выполнено в виде кольцевой выточки с радиальными каналами на наружной цилиндрической поверхности золотника, по оси которого выполнен канал, примыкающий к радиальным каналам, полость низкого давления выполнена в виде цилиндра с крышкой и с внутренней цилиндрической перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две полости: верхнюю - полость низкого давления и нижнюю, в перегородке и в нижней цилиндрической полости выполнены цилиндрические расточки, чувствительный элемент низкого давления выполнен в виде золотника со штоком, снабженного ограничителем и упором, размещенного в цилиндрической расточке перегородки, регулирующее устройство давления газа выполнено в виде кольцевой выточки на нижней торцовой поверхности золотника и наклонных к цилиндрической образующей каналов, примыкающих к кольцевой выточке, а по оси золотника и штока золотника выполнено осевое сверление с внутренней цилиндрической расточкой в золотнике и радиальными отверстиями в штоке, причем внутренняя цилиндрическая расточка золотника с помощью каналов сообщена с нижней торцовой поверхностью золотника, дозирующее экономайзерное устройство выполнено в виде золотника с осевым отверстием и внутренней цилиндрической расточкой, сообщенной с помощью каналов с верхней торцовой плоскостью золотника, разгрузочное устройство выполнено в виде поршня с осевым отверстием, с помощью которого он устанавливается на штоке в цилиндрической расточке таким образом, при котором нижняя цилиндрическая полость разделяется на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами : верхнюю - вакуумную полость и полость разгрузочного устройства и нижнюю - полость атмосферного давления, в стенке внутренней цилиндрической перегородки выполнена дополнительная полость низкого давления, которая с одной стороны с помощью отверстий сообщена с внутренней цилиндрической расточкой перегородки, с другой - с основной полостью низкого давления, крышка выполнена в виде тарелки со штоком и с внутренним осевым каналом в нем, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены радиальные каналы, примыкающие к осевому каналу.

На фиг. схематично показано устройство регулятора давления газа.

Регулятор давления газа содержит корпус, выполненный в виде двух отдельных корпусов 1 и 2 с внутренними полостями высокого 3 и полостями низкого давления,- основной 4 и дополнительной 5.

Полость высокого давления 3 в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки 6, внутри которой размещен чувствительный элемент, выполненный в виде золотника 7.

Регулирующее устройство давления газа выполнено в виде кольцевой выточки 8 с радиальными каналами 9 на наружной цилиндрической поверхности золотника 7, по оси которого выполнен канал 10, примыкающий к радиальным каналам 9. Золотник 7 снабжен уравновешивающей пружиной 11 и регулировочным винтом 12, установленным в крышке 13.

Цилиндрическая расточка 6 своей внутренней полостью примыкает к внутренней полости высокого давления 3 и для ограничения хода золотника 7 снабжена ограничителем 14.

Надзолотниковое пространство 15 снабжено отверстием 16 для сообщения с атмосферой.

Полость низкого давления выполнена в виде цилиндра с крышкой 17 и с внутренней цилиндрической перегородкой 18, разделяющей внутреннюю полость на две полости: верхнюю - полость низкого давления 4 и нижнюю - полость 19. В перегородке 18 и в нижней цилиндрической полости 19 корпуса 2 выполнены цилиндрические расточки 20, 21 и 22, внутри которых соответственно размещены чувствительные элементы, выполненные в виде двух кинематически связанных между собой золотников и поршня, один из которых - чувствительный элемент низкого давления выполнен в виде золотника 23 со штоком 24, снабженного ограничителем 25, упором 26 и стержнем штока 27.

Регулирующее устройство давления газа выполнено в виде кольцевой выточки 28 на нижней торцовой поверхности золотника 23, к которой примыкают наклонные каналы 29, а по оси золотника 23 и штока 24 выполнено осевое сверление 30 с внутренней цилиндрической расточкой 31 в золотнике 23 и радиальными отверстиями 32 в штоке 24, причем внутренняя цилиндрическая расточка 31 золотника 23 с помощью каналов 33 сообщена с нижней торцовой поверхностью золотника 23.

Дозирующее экономайзерное устройство выполнено в виде золотника 34 с осевым отверстием 35 и внутренней цилиндрической расточкой 36, сообщенной с помощью каналов 37 с верхней торцовой плоскостью золотника 34.

Разгрузочное устройство выполнено в виде поршня 38 с осевым отверстием 39, с помощью которого он устанавливается на штоке 24 в цилиндрической расточке 22 таким образом, при котором нижняя цилиндрическая полость 19 разделяется на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: верхнюю - вакуумную полость и полость разгрузочного устройства 40 и нижнюю - полость атмосферного давления 41.

Золотник 34 и поршень 38 снабжены уравновешивающими пружинами соответственно 42 и 43.

В стенке внутренней цилиндрической перегородки 18 выполнена дополнительная полость низкого давления 5, которая с одной стороны с помощью отверстий 44 сообщена с внутренней цилиндрической расточкой 20 перегородки 18 золотника 23, с другой - с помощью отверстий 45 - с основной полостью низкого давления 4.

Крышка 17 полости низкого давления 44 выполнена в виде тарелки со штоком 46 и с внутренним осевым каналом в нем 47, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены радиальные каналы 48, примыкающие к осевому каналу 47.

Основная полость низкого давления 4 и дополнительная полость низкого давления 5 снабжены отверстиями 49 и 50 для подачи в карбюратор - смеситель (на фиг. не показано).

Вакуумная полость разгрузочного и дозирующего экономайзерного устройства 40 через отверстие 51, вакуумную трубку (на фиг. не показано) сообщена с задроссельным пространством карбюратора - смесителя (на фиг. не показано).

Полость атмосферного давления 41 через отверстие 52 постоянно сообщена с атмосферой.

Стержень штока 27 снабжен пружиной 53 и регулировочным ниппелем 54.

Для подачи газа из газовой магистрали автомобиля в полость высокого давления 3 регулятор снабжен впускным каналом 55, а для подачи газа из полости высокого давления 3 в полость низкого давления 4 выполнено отверстие 56.

После установки верхнего золотника 23 в расточку 20 внутренней цилиндрической перегородки 18 между нижней торцовой поверхностью золотника 23 и торцовой поверхностью перегородки 18 образуется замкнутое пространство 57, постоянно сообщенное с каналами 33.

Работа осуществляется следующим образом. Газ из газовой магистрали автомобиля через впускной канал 55, наружную кольцевую выточку 8, радиальные каналы 9 и осевой канал 10 поступает в полость высокого давления 3, откуда с одной стороны через осевой канал 47, радиальные каналы 48, цилиндрическую расточку 31, каналы 33 поступает в замкнутое пространство 57, с другой - через осевой канал 47, осевое сверление 30, радиальные отверстия 32, цилиндрическую расточку 36, каналы 37, кольцевую выточку 28 поступает в наклонные каналы 29.

Надзолотниковое пространство 15 регулятора сообщено с атмосферой, в результате чего под действием избыточного давления в полости 3 на золотнике 7 создается перепад давлений и возникает усилие. Это усилие стремится переместить золотник 7 вдоль оси вверх и тем самым перекрыть кольцевую выточку 8 относительно впускного канала 55. При увеличении избыточного давления в полости 3 до определенного значения золотник 7 начинает перемещаться вверх, преодолевая усилие сжимаемой пружины 11, и закрывает кольцевую выточку 8.

При снижении давления в полости 3 до определенного значения усилие от давления газа на золотнике 7 становится недостаточным для удержания кольцевой выточки 8 в закрытом положении. Золотник 7 перемещается вниз под действием усилия от сжатия пружины 11 и открывает выточку 8. При этом в полость 3 поступает дополнительное количество газа из газовой магистрали, вследствие чего давление в полости 3 возрастает до такого значения, при котором на золотнике 7 возникает усилие, достаточное для того, чтобы переместить золотник вверх и закрыть кольцевую выточку 8. В полости высокого давления 3 устанавливается постоянное избыточное давление, которое поддерживается на заданном уровне автоматически. Давление имеет такое значение, при котором под его действием золотник 7 перемещается вверх и закрывает кольцевую выточку 8.

Давление в полости высокого давления 3 устанавливается с помощью регулировочного винта 12, изменяющего усилие пружины 11.

В процессе пуска возникающее за дроссельной заслонкой разрежение через вакуумную трубку (на фиг. не показано) и отверстие 51 передается в вакуумную полость 40, выполняющую одновременно роль вакуумной полости дозирующего экономайзерного устройства и вакуумной полости разгрузочного устройства. Под действием разрежения, возникающего в полости 40, поршень разгрузочного устройства 38, сжимая коническую пружину 43, перемещается вверх вдоль штока 24 до упора в ограничитель 25 и разгружает верхний золотник 23 полости низкого давления от действия усилия, создаваемого пружиной 43. В результате действия разгрузочного устройства удержать золотник 23 в закрытом положении стремится лишь усилие, создаваемое пружиной 53. Под действием того же разрежения, возникающего в полости 40, нижний золотник 34, преодолевая усилие пружины 42, перемещается вдоль штока 24 вниз, перекрывая тем самым радиальные отверстия 32 в штоке 24.

Одновременно через выходное отверстие системы холостого хода в газовые трубопроводы (на фиг. не показано) разрежение, возникающее в задроссельном пространстве, через отверстия 49 и 50 передается в основную 4 и дополнительную 5 полости низкого давления регулятора. При этом создаваемое на золотнике 23 усилие стремится переместить его вверх и тем самым приоткрыть впускные отверстия 44. Это усилие суммируется с усилием, которое возникает на золотнике 23 со стороны замкнутого пространства 57 от действия давления газа, находящегося в полости высокого давления 3 регулятора. В результате воздействия этих факторов после срабатывания поршня 38 разгрузочного устройства золотник 23 вдоль штока 46 перемещается вверх и своей нижней кромкой частично приоткрывает впускные отверстия 44. Это происходит потому, что пружина 53 подобрана таким образом, при котором создаваемое ею усилие недостаточно для удержания золотника 23 в закрытом положении.

Через открывшиеся отверстия 44 газ из полости высокого давления 3 по осевому 47 и радиальным каналам 48 в штоке 46, расточки 31, каналам 33 в золотнике 23 и пространство 57 поступает в полости 4 и 5 низкого давления. Необходимое давление в полостях 4 и 5 поддерживается золотниковым механизмом автоматически.

В случае превышения заданного давления в полости 4 золотник 23 перемещается вниз и тем самым отверстия 44 прикрывает до тех пор, пока давление в полостях 4 и 5 не понизится до заданного. Давление в полостях 4 и 5 регулируется путем изменения усилия сжатия пружины 53 с помощью регулировочного ниппеля 54.

На всех режимах работы двигателя, кроме режимов, соответствующих полному открытию дроссельной заслонки, проход газа через канал 29 мощностной регулировки закрыт. Это достигается особым конструктивным расположением выходных отверстий наклонных каналов 29 в верхнем золотнике 23 относительно внутренней расточки 20, а также радиальных отверстий 32 в штоке 24 относительно внутренней цилиндрической расточки 36 в золотнике 34, которые закрыты на всех режимах, кроме режимов полного открытия дроссельной заслонки вследствие перемещения золотника 34 вниз под действием разрежения, возникающего при работе двигателя в задроссельном пространстве и передающееся через трубопровод (на фиг. не показано) и отверстие 51 в вакуумную полость 40.

При работе двигателя на режиме холостого хода кольцевая выточка 8 золотника 7 полости высокого давления 3 и впускные отверстия 44 полости низкого давления 5 частично приоткрыты. Радиальные отверстия 32 штока 24 под действием высокого разрежения в полости 40 закрыты внутренними стенками золотника 34. Это разрежение возникает во впускном трубопроводе на режиме холостого хода, которое удерживает золотник 34 в нижнем положении, при этом радиальные отверстия 32 штока 24 полностью перекрыты внутренней поверхностью золотника 34.

В результате использования в конструкции регулятора разгрузочного устройства при работе двигателя на режиме холостого хода, а также на режимах малых нагрузок в полостях низкого давления 4 и 5 поддерживается небольшое избыточное давление порядка 98 - 100 Па.

При работе двигателя на режимах малых нагрузок газ подается к двигателю только через систему холостого хода. В этом случае дроссельная заслонка (на фиг. не показано) прикрыта. Разрежение из задроссельного пространства передается в вакуумную полость дозирующего экономайзерного устройства и разгрузочное устройство 40. Радиальные отверстия 32 под действием разрежения закрыты золотником 34, а в полостях низкого давления 4 и 5 создается небольшое избыточное давление, так как золотник 23 открыт под действием давления газа в пространстве 57.

По мере роста нагрузки двигателя разрежение в полостях низкого давления 4 и 5 продолжает увеличиваться. Рост разрежения в полостях 4 и 5 сопровождается увеличением перепада давлений в полостях 4 и 41 и 4 и 57, что приводит к возникновению дополнительных усилий. Эти усилия действуют соответственно на золотник 23. Степень открытия впускных отверстий 44 увеличивается, расход газа через отверстия 44 и 45 возрастает. При этом разрежение в полости высокого давления 3 также возрастает, растет перепад давлений в полости 3 и в надзолотниковом пространстве 15.

Возникающее усилие действует на золотник 7, перемещая его вниз, вследствие чего степень открытия кольцевой выточки 8 увеличивается. Это в свою очередь приводит к росту расхода газа через впускной канал 55, кольцевую выточку 8, радиальные 9 и осевой канал 10.

Дальнейшее возрастание нагрузки двигателя связано с увеличением степени открытия впускного канала 55 и отверстий 44 полостей высокого и низкого давлений регулятора, что приводит к увеличению подачи газа. Давление в полостях низкого давления 4 и 5 по мере открытия дроссельной заслонки и соответствующего увеличения разрежения в диффузоре - смесителе (на фиг. не показано) изменяется от избыточного, равного 100 Па, до разрежения порядка 200 Па. Это вызывает постепенное обеднение горючей смеси по мере возрастания нагрузки.

При работе двигателя на полной мощности, т.е. при полностью открытых дроссельных заслонках, впускной канал 55 и впускные отверстия 44 соответственно полостей высокого и низкого давлений регулятора и обратный клапан карбюратора - смесителя (на фиг. не показано) также максимально открыты. На режимах, близких к полному открытию дросселя, в действие вступает экономайзер (на фиг. не показано). На этих режимах разрежение за дроссельной заслонкой (на фиг. не показано), а следовательно, и в вакуумной полости 40 становится недостаточным для удержания золотника 34 в нижнем закрытом положении. Под действием усилия пружины 42 золотник 34 перемещается вверх вдоль штока 24 и открывает радиальные отверстия 32. Через открывшиеся отверстия 32, расточку 36, вертикальные 37 и наклонные каналы 29 начинает поступать дополнительная порция газа в полости 4 и 5 и далее к смесителю. Количество газа при этом дозируется калиброванными отверстиями 29 мощностной регулировки. Увеличение общей подачи газа регулятором низкого давления за счет дополнительной подачи газа через каналы 29 приводит к обогащению горючей смеси, что обеспечивает получение от двигателя максимальной мощности.

Формула изобретения

Регулятор давления газа, содержащий корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления и дозирующее экономайзерное устройство с размещенными в них чувствительными элементами, снабженными уравновешивающими пружинами, и регулирующие устройства давления газа, отличающийся тем, что полость высокого давления в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки, чувствительный элемент высокого давления - в виде золотника, размещенного в цилиндрической расточке, регулирующее устройство давления газа - в виде кольцевой выточки с радиальными каналами на наружной цилиндрической поверхности золотника, по оси которого выполнен канал, примыкающий к радиальным каналам, полость низкого давления выполнена в виде цилиндра с крышкой и с внутренней цилиндрической перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две полости, верхнюю низкого давления и нижнюю, в перегородке и в нижней цилиндрической полости выполнены цилиндрические расточки, чувствительный элемент низкого давления выполнен в виде золотника с штоком, снабженного ограничителем и упором, размещенного в цилиндрической перегородки, регулирующее устройство давления газа выполнено в виде кольцевой выточки на нижней торцевой поверхности золотника и наклонных к цилиндрической образующей каналов, примыкающих к кольцевой выточке, а по оси золотника и штока золотника выполнено осевое сверление с внутренней цилиндрической расточкой в золотнике и радиальными отверстиями в штоке, причем внутренняя цилиндрическая расточка золотника с помощью каналов сообщена с нижней торцевой поверхностью золотника, дозирующее экономайзерное устройство выполнено в виде золотника с осевым отверстием и внутренней цилиндрической расточкой, сообщенной каналами с верхней торцевой плоскостью золотника, разгрузочное устройство выполнено в виде поршня с осевым отверстием, с помощью которого он устанавливается на штоке в цилиндрической расточке так, что нижняя цилиндрическая полость разделяется на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами - верхнюю, вакуумную, полость и полость разгрузочного устройства и нижнюю - полость атмосферного давления, в стенке внутренней цилиндрической перегородки выполнена дополнительная полость низкого давления, которая с одной стороны с помощью отверстий сообщена с внутренней цилиндрической расточкой перегородки, с другой - с основной полостью низкого давления, крышка выполнена в виде тарелки с штоком и с внутренним осевым каналом в нем, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены радиальные каналы, примыкающие к осевому каналу.

РИСУНКИ

Рисунок 1